CN108880164B - 一种双向调制混合励磁交替极电机 - Google Patents
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Abstract
本发明提出一种双向调制混合励磁交替极电机，包括电机绕组、定子铁心、定子周向永磁体、定子径向永磁体、转子径向永磁体及转子铁心；电机绕组分别设于定子铁心沿周向均匀间隔设置的数个定子槽中，定子铁心的内周面上均匀间隔设有数个定子永磁体槽，通过分裂齿隔开；定子永磁体槽中安设定子永磁体阵列，定子永磁体阵列由所述定子周向永磁体和定子径向永磁体组成，定子径向永磁体位于中心，定子周向永磁体设于定子径向永磁体的左右两侧；转子径向永磁体设于转子铁心的外周面上均匀间隔设有数个转子永磁体槽中。本发明增强电机的气隙气密，定子结构简单，降低了制造和安装的难度及成本。
Description
技术领域
本发明属于电机的技术领域，尤其涉及一种双向调制混合励磁交替极电机。
背景技术
永磁电机具有结构紧凑、功率密度高等优点，在低转速大转矩的应用场合，采用永磁电机直接驱动能够避免使用齿轮箱，消除由于齿轮啮合传动引起的噪声和故障，从而提高系统的效率和可靠性。在近些年对新能源利用和推广的探索中，大量地涉及到永磁电机的应用。其中，在汽车领域的应用和影响是极其明显的，诸如混合动力汽车、纯电动汽车等，各种类型的永磁电机都得到了长足的完善和发展。按照传统的永磁同步电机设计方法来实现低转速大转矩的目的，则必然伴随着绕组极对数和槽极数的增大，从而增大整个机器的体积，而且转矩密度较低。磁齿轮效应是一种永磁电机实现高转矩密度下低速大转矩的方式，而近几年提出的双向场调制效应为永磁电机的设计方法提供了一个崭新的思路。
磁齿轮效应和游标效应的原理相似，具有转矩密度高和效率高等优点，但是利用磁齿轮效应的电机通常结构更为复杂，多层气隙的电机结构使得制造和安装困难，实用性较差。而后提出的游标效应，简化了实现磁齿轮效应的机械结构，使得游标电机成为低速大转矩电机研究上较为实用的方案。但是永磁游标电机在突破扭矩限制和降低齿槽转矩上还需更多的努力和投入。近几年有学者提出了一种利用双向场调制效应设计的永磁电机，通过在定子上引入永磁体阵列来增强电机的气隙气密，但是电机的磁漏和齿槽转矩等问题仍然较为明显，而且定子结构复杂，增大了制造和安装的难度以及成本。
发明内容
本发明所要解决的技术问题在于针对上述存在的问题，提供一种双向调制混合励磁交替极电机，在低速下获得更大的转矩、较小的齿槽转矩以及转矩脉动。
本发明解决上述技术问题所采用的技术方案是：一种双向调制混合励磁交替极电机，其特征在于，包括电机绕组、定子铁心、定子周向永磁体、定子径向永磁体、转子径向永磁体及转子铁心；
所述定子铁心沿周向均匀间隔设有数个定子槽，所述电机绕组分别设于所述定子槽中，定子铁心的内周面上均匀间隔设有数个定子永磁体槽，相邻两个定子永磁体槽之间通过分裂齿隔开；
定子永磁体槽中安设定子永磁体阵列，所述定子永磁体阵列由所述定子周向永磁体和定子径向永磁体组成，定子径向永磁体位于中心，定子周向永磁体设于定子径向永磁体的左右两侧，定子径向永磁体沿径向向外方向或径向向内方向磁化，两个周向永磁体沿相反方向切向磁化；
所述转子铁心的外周面上均匀间隔设有数个转子永磁体槽，所述转子径向永磁体设于所述转子永磁体槽中。
按上述方案，所述转子永磁体均为同极，且极弧系数为1。
按上述方案，所述定子永磁体阵列的极对数为Ps，电机绕组的极对数为Pw，转子永磁体的极对数为Pr，三者满足关系：Ps+Pw＝Pr。
按上述方案，两个相邻所述定子槽中间设有一个或两个所述分裂齿，所述一个分裂齿位于相邻两个定子槽的中心，所述两个分裂齿分别靠近两个相邻定子槽设置，形成两种结构的定子齿，两种结构的定子齿间隔设置。
按上述方案，所述转子永磁体槽为直槽结构。
按上述方案，所述定子铁心和转子铁心均由硅钢片叠压制成。
按上述方案，所述定子周向永磁体、定子径向永磁体和转子径向永磁体均由钕铁硼材料制成。
本发明的有益效果是：提供一种双向调制混合励磁交替极电机，绕组和永磁体阵列位于定子上，方便温度监控，提高了电机的可靠性；使用的定转子双永磁励磁，定子上永磁体按照Halbach原理排布呈局部阵列，极大的增大了电机气隙的磁密，提高了电机的转矩密度；定转子永磁体极对数和电机绕组极对数之间满足双向场调制效应的关系，以获得低速大转矩的能力；利用双向场调制效应的方法调制了电机含有的高次谐波，降低了转矩脉动。
附图说明
图1为本发明一个实施例的结构示意图。
图2为本发明一个实施例的拆分示意图。
图3为本发明一个实施例的电机在运行时的齿槽转矩图。
图4为本发明一个实施例的电机在运行时的输出转矩图。
图5为本发明一个实施例的电机负载时的磁力线图。
其中：1-电机绕组，2-定子铁心，3-定子周向永磁体，4-定子径向永磁体，5-转子径向永磁体，6-转子铁心，7-定子槽，8-分裂齿。
具体实施方式
为更好地理解本发明，下面结合附图和实施例对本发明进一步的描述。
如图1-2所示，一种双向调制混合励磁交替极电机，包括电机绕组1、定子铁心2、定子周向永磁体3、定子径向永磁体4、转子径向永磁体5及转子铁心6。
定子铁心沿周向均匀间隔设有数个定子槽7，电机绕组分别设于定子槽中，定子铁心的内周面上均匀间隔设有数个定子永磁体槽，相邻两个定子永磁体槽之间通过分裂齿8隔开，两个相邻定子槽中间设有一个或两个分裂齿，若是一个分裂齿，则位于相邻两个定子槽的中心，若是两个分裂齿，则分别靠近两个相邻定子槽设置，形成两种结构的定子齿，两种结构的定子齿间隔设置，以满足双向场调制效应的建立。
定子永磁体槽中安设定子永磁体阵列，定子永磁体阵列由定子周向永磁体和定子径向永磁体组成，定子径向永磁体位于中心，定子周向永磁体设于定子径向永磁体的左右两侧，定子径向永磁体沿径向向外方向或径向向内方向磁化，两个周向永磁体按照Halbach原理，沿相反方向切向磁化，以此增大电机的气隙磁密，减小磁漏。
转子铁心的外周面上均匀间隔设有数个转子永磁体槽，转子径向永磁体设于转子永磁体槽中，转子永磁体槽为直槽结构。转子永磁体均为同极，且极弧系数为1。同极转子永磁体被插入转子铁心上的转子永磁体槽中，固定连接，交替极结构可视为同向的永磁体将转子齿磁化为极性相反的磁体。
定子永磁体阵列的极对数为Ps，电机绕组的极对数为Pw，转子永磁体的极对数为Pr，三者满足关系：Ps+Pw＝Pr，满足双向场调制效应的要求。
定子铁心和转子铁心均由硅钢片叠压制成，定子周向永磁体、定子径向永磁体和转子径向永磁体均由钕铁硼材料制成。
如图3-5所示，本发明提出了一种新型双向调制混合励磁交替极电机，以在低速下获得更大的转矩、较小的齿槽转矩以及转矩脉动。
Claims (6)
1.一种双向调制混合励磁交替极电机，其特征在于，包括电机绕组、定子铁心、定子周向永磁体、定子径向永磁体、转子径向永磁体及转子铁心；
所述定子铁心沿周向均匀间隔设有数个定子槽，所述电机绕组分别设于所述定子槽中，定子铁心的内周面上均匀间隔设有数个定子永磁体槽，相邻两个定子永磁体槽之间通过分裂齿隔开；
两个相邻所述定子槽中间设有一个分裂齿或两个分裂齿，所述一个分裂齿位于相邻两个定子槽的中心，所述两个分裂齿分别靠近两个相邻定子槽设置，形成两种结构的定子齿，两种结构的定子齿间隔设置；
定子永磁体槽中安设定子永磁体阵列，所述定子永磁体阵列由所述定子周向永磁体和定子径向永磁体组成，定子径向永磁体位于中心，定子周向永磁体设于定子径向永磁体的左右两侧，定子径向永磁体沿径向向外方向或径向向内方向磁化，两个周向永磁体沿相反方向切向磁化；
所述转子铁心的外周面上均匀间隔设有数个转子永磁体槽，所述转子径向永磁体设于所述转子永磁体槽中。
2.根据权利要求1所述的一种双向调制混合励磁交替极电机，其特征在于，所述转子径向永磁体均为同极，且极弧系数为1。
3.根据权利要求1所述的一种双向调制混合励磁交替极电机，其特征在于，所述定子径向永磁体阵列的极对数为Ps，电机绕组的极对数为Pw，转子径向永磁体的极对数为Pr，三者满足关系：Ps+Pw＝Pr。
4.根据权利要求1所述的一种双向调制混合励磁交替极电机，其特征在于，所述转子永磁体槽为直槽结构。
5.根据权利要求1所述的一种双向调制混合励磁交替极电机，其特征在于，所述定子铁心和转子铁心均由硅钢片叠压制成。
6.根据权利要求1所述的一种双向调制混合励磁交替极电机，其特征在于，所述定子周向永磁体、定子径向永磁体和转子径向永磁体均由钕铁硼材料制成。
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